轴的强度计算

关于轴的强度计算16.1概述功用：轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。

16.1.1轴的分类按照承受载荷的不同，轴可分为：1.转轴─同时承受弯矩和转矩的轴，如减速器的轴。2.心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。转动心轴固定心轴如：齿轮轴火车轮轴第2页,共33页，2024年2月25日，星期天3.传动轴─主要承受转矩的轴，不受弯矩或弯矩很小，如汽车的传动轴。除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴。16.1概述到不开敞地空间位置。桥式起重机大车行走机构车轮轴第3页,共33页，2024年2月25日，星期天16.1.2轴的材料16.1概述

轴的材料主要是碳钢和合金钢。轴的常用材料及其部分机械性能（见下页）

第4页,共33页，2024年2月25日，星期天16.1概述第5页,共33页，2024年2月25日，星期天16.1概述16.1.3轴设计的主要问题2.结构：轴向、周向定位；工艺要求；安装和维修3.工作能力：强度、刚度、耐磨性和振动的稳定性等；重型轴还要考虑毛坯制造、探伤、起重。1.材料：见前述第6页,共33页，2024年2月25日，星期天16.2轴的结构设计16.2.1轴的毛坯

尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应用锻造毛坯。铸造毛坯应用较少。16.2.2轴的组成

轴主要由轴头、轴身、轴颈三部分组成。轴端轴头轴颈轴头轴身轴的结构和形状取决于：轴的毛坯种类轴上作用力的大小及分布情况轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法轴承的类型、尺寸和位置轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求第7页,共33页，2024年2月25日，星期天16.2轴的结构设计要求：受载合理轴及轴上零、部件定位及固定可靠良好的制造、拆装工艺性减小应力集中1.受载合理(1)减小轴上扭矩。

改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。

第8页,共33页，2024年2月25日，星期天(2)减小轴上弯矩。(3)改变零件的结构可以改变轴的类型a)T由卷筒传递，轴仅受M(心轴)b)T由轴传递，轴受M、T(转轴)16.2轴的结构设计

卷筒的轮毂结构MmaxMmax

改进轴上零件的结构也可以减小轴上的最大载荷。

第9页,共33页，2024年2月25日，星期天16.2轴的结构设计2.轴在轴上零件定位、固定可靠、装拆方便见16.2.33.良好的工艺性（1）退刀槽需磨削处需车螺纹处(2）倒角易对中安装（紧配合处），安全倒角、圆角一致。(3)键槽：在同一母线上第10页,共33页，2024年2月25日，星期天16.2轴的结构设计(4)非定位轴肩的设置：便于紧配合处的安装4.尽量避免应力集中(1)减小不必要的尺寸变化和减小尺寸变化的幅度；(2)采用大过渡圆角；(3)紧配合处采用卸载槽；(4)减少表面粗糙度；(5)采用輾压、喷丸工艺。16.2.3零件在轴上的固定轴上零件常以其毂和轴联接在一起。轴和毂的固定可分为轴向固定和周向固定两类。第11页,共33页，2024年2月25日，星期天16.2轴的结构设计1.轴上零件的轴向固定

轴上零件轴向固定的方法有：轴肩（或挡环）、弹性挡圈、套筒、锁紧挡圈（加紧定螺钉）、锥形轴头、紧定螺钉、圆螺母、紧配合、轴端挡圈等结构。详见P311图16.3第12页,共33页，2024年2月25日，星期天

轴肩由定位面和内圆角组成DhCrdbDhrRd轴肩处16.2轴的结构设计第13页,共33页，2024年2月25日，星期天16.2轴的结构设计2.轴上零件的周向固定

常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过盈配合等联接。

第14页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算轴的强度计算主要由三种方法（据轴受载及对安全要求）设计思路：（1）按许用切应力计算（2）许用弯曲应力计算；（3）安全系数校核计算。16.3.1按许用切应力计算1.应用（仅与T有关）(1)传动轴计算（主要T）(2)需初步结构化的转轴（只知T）(3)不重要转轴的计算（将M影响折算进行内）第15页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算2.算式强度条件：(16.1)设计式：(16.2)式中：第16页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算16.3.2按许用弯曲应力计算（弯扭组合计算）1.应用(1)（初步结构化）已知跨度的转轴（支点确定）(2)一般为重要的转轴2.算式弯曲应力一般计算顺序如下：(1)画空间受力简图；(2)作水平、垂直平面受力图；(3)作；作；(4)作合成；第17页,共33页，2024年2月25日，星期天由第三强度理论M、T载荷性质相同：(5)作T图；M、T载荷性质不同时：将修正成与性质相同的应力（引入）16.3轴的强度计算第18页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算(16.3)(8)设计式(16.4)对于不变T：对于脉动循环的T：对于对称循环的T：式中－应力修正系数；(6)作当量；(7)；第19页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算3.计算步骤（1）作空间受力简图（图a）；（2）作垂直平面（V面）受力图，计算支反力（图b）；（3）作(a)(b)(c)第20页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算（4）作水平平面（H面）受力图，计算支反力（图d）（5）作(d)(e)第21页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算（6）作合成弯曲图M（图f）逐点合成（7）作T图（图g）（8）作当量弯矩图(图h)

逐点合成(f)(g)(h)第22页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算（9）计算d作等强度轴（10）进一步结构化（尺寸细化，加工、配合得知）16.3.3安全系数校核计算1.应用：(1)结构细化的重要轴（改善薄弱环节）(2)只限危险截面处2.算式(1)疲劳强度安全系数的校核计算（防疲劳破坏）确定危险截面第23页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算弯曲作用下的安全系数扭转作用下的安全系数(16.5)式中：第24页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算第25页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算(16.6)(2)静强度安全系数校核计算（防止尖峰载荷出现时轴塑性变形）第26页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算(16.7)第27页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算例题16.2见P316第28页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算第29页,共33页，2024年2月25日，星期天16.3轴的强度计算第30页,共33页，2024年2月25日，星期天16.4